1. 文章信息

標題：Ultrathin 2D g-C3N4 nanosheets for visible-light photocatalytic reforming of cellulose into H2 under neutral conditions

中文標題： 超薄二維氮化碳納米片用于在中性、可見光條件下的光催化重整纖維素制氫性能研究  

頁碼：1717-1725  

DOI：  10.1002/jctb.7041                

2. 期刊信息

期刊名：JOURNAL OF CHEMICAL TECNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

ISSN：  0268-2575  

2022年影響因子：  3.709  

分區(qū)信息： 中科院三區(qū)；JCR分區(qū)（Q2）

涉及研究方向： 工程技術，工程：化工，生物工程與應用微生物，化學：綜合  

3. 作者信息：第一作者是  洪遠志（北華大學） 。通訊作者為  林雪（北華大學），段喜鑫（北華大學）。

4. 光催化活性評價系統(tǒng)型號：北京中教金源（CEL-SPH2N-D9，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；氣相色譜型號：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。

圖1.（a,b）CN（c,d）CNNs樣品的TEM和（e-f）CNNs樣品的AFM圖

如圖1所示，采用TEM和原子力顯微鏡（AFM）表征進一步觀察CN和CNNs樣品的微觀結構信息。圖1（a）是CN樣品的 TEM 圖，可以明顯的看出CN樣品是一種典型的塊體結構。圖1（b）是CN樣品的局部放大圖，可以觀察到CN樣品凝聚在一起。圖1（c）是CNNs樣品的TEM圖，CNNs樣品的形貌為2D薄片卷曲狀結構，與CN樣品的形貌相差很大。圖1（d）是CNNs樣品的局部放大圖，可以明顯的觀察到CNNs樣品的卷曲的納米片狀結構。同時進一步證明了二次熱氧化剝離處理是制備納米片使得其厚度變薄。圖1（e-f）分別是 CNNs納米片的 AFM和厚度測試結果圖。其中，CNNs樣品的平均厚度在6 nm左右，展現(xiàn)出納米尺寸的2D薄片結構，也進一步證明了圖1（d）的結果。

圖2.（a）CN和CNNs樣品的N₂吸/脫附曲線（插圖：孔徑分布圖）；（b）CN和CNNs樣品的FTIR圖

如圖2（a）示，采用了N2吸附-脫附等溫曲線表征獲得CN和CNNs樣品的比表面積大小。由圖可知，所得樣品都出現(xiàn)明顯的H3回滯環(huán)的Ⅳ型吸附等溫曲線表明它們都具有介孔結構。然后，通過計算可以得出CN樣品的比表面積為23.2 cm2/g，二次熱氧化剝離處理的CNNs樣品具有更大的比表面積，其比表面積為93.1 cm2/g，約是CN樣品的4.01倍。因此，較大的比表面積使得CNNs樣品能夠在光催化反應中提供更多的反應活性位點，有利于提高光催化重整制氫性能。圖2中的插圖可知，CN和CNNs樣品的孔徑大約在2~11 nm，進一步證明CN和CNNs樣品具有介孔結構。

圖3. CN和CNNs樣品的（a）EIS和（b）PC圖

如圖3所示，采用電化學阻抗（EIS）和瞬態(tài)光電流響應（PC）確定所制備樣品的電荷的分離效率、遷移效率的情況。因此，由圖3（a）可知，CN樣品顯示出最大的EIS半徑，從而揭示出其最大的電荷轉移電阻。與CN相比，CNNs樣品的半徑明顯減小，表明界面電荷傳輸電阻顯著降低，并且光生電子-空穴對的間距逐漸增大，表明其電荷轉移能力越強，有效的捕獲電子、促進電子的轉移和降低電子與空穴復合，這也是提高光催化重整制氫性能的原因之一。

圖4.（a）CNNs樣品在不同Pt負載量條件下光催化重整纖維素制氫的平均速率；（b）CNNs樣品在在不同纖維素濃度條件下光催化重整纖維素制氫的平均速率

如圖4（a）所示，通過控制變量法，探究以三聚氰胺為前驅體制備CN和CNNs樣品的光催化重整纖維素制氫性能。由圖可知，在中性條件下，當金屬Pt負載量從1 wt%到4 wt%時，纖維素的濃度為0.50 g/L時，CNNs催化劑的平均制氫速率分別為5.82 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、10.40 μmol/(h·g)和7.43 μmol/(h·g)。為了證明CNNs光催化能夠提升光催化重整制氫性能還對CN催化劑進行了制氫速率的對比，可明顯的觀察到CN的光催化重整制氫速率為3.34 μmol/(h·g)，明顯降低。由此可見，當金屬Pt負載量為2 wt%時，二次熱氧化剝離處理的CNNs樣品的可見光光催化重整制氫速率達到13.14 μmol/(h·g)，是相同條件下CN催化劑的3.9倍。